Yếu tố ảnh hưởng sự hình thành đảo ngoài khơi cửa Đại - sông Thu Bồn

BÀI BÁO KHOA HỌC

YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG SỰ HÌNH THÀNH ĐẢO NGỒI KHƠI
CỬA ĐẠI - SƠNG THU BỒN
Nguyễn Thống1, Hồ Tuấn Đức1,2, Phan Quang Hưng1, Đồng Kim Hạnh3
Tóm tắt: Khu vực cửa sông Cửa Đại và vùng ven bờ biển Hội An xảy ra hiện tượng xói, bồi phức tạp
trong nhiều năm gần đây. Vùng ngồi khơi Cửa Đại sơng Thu Bồn thường xảy ra hiện tượng bồi lắng
gây cản trở tuyến giao thông thuỷ đi từ Cửa Đại đến Cù Lao Chàm. Sự xuất hiện và biến mất đảo hình
thành tại vị trí vùng ngồi khơi Cửa Đại đã được ghi nhận trong một số thời điểm trong những năm gần
đây. Nội dung nghiên cứu nhằm tìm hiểu một trong những nguyên nhân tiềm năng có thể liên quan đến
sự hình thành đảo tại vùng cửa sơng. Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng bùn cát về từ thượng
nguồn sơng Thu Bồn có ảnh hưởng lớn đến sự thay đổi cao độ đáy địa hình vùng cửa sơng. Kết quả
nghiên cứu cũng chỉ ra xu thế di chuyển bùn cát ven bờ theo hướng Nam trong thời kỳ mô phỏng từ
tháng 1/2016 đến tháng 5/2019 tại vùng nghiên cứu. Nghiên cứu sử dụng mơ hình số trị Telemac2D
trong đó kết hợp giải 3 bài tốn thuỷ thạch động lực và sóng ven bờ biển.
Từ khố: Telemac2D, Tomawac, Sisyphe, Cửa Đại, sông Thu Bồn, đảo Khủng Long.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ *
Hiện tượng xói lở, bồi lắng vùng cửa Đại và bờ
biển Hội An đã được ghi nhận trong nhiều năm
gần đây và diễn ra với tốc độ ngày càng nhanh.
Người dân địa phương đã ghi nhận sự hình thành
cũng như biến mất các đảo tại vị trí khơng xa
ngồi khơi Cửa Đại và gọi nó là đảo “Khủng
Long”. Tìm hiểu nguyên nhân và hiện tượng là
một bước đầu tiên rất quan trọng trong việc đề
xuất phương án bảo đảm tuyến giao thông thủy
Cửa Đại - Cù Lao Chàm trong khu vực. Một trong
những nguyên nhân tiềm năng được nghiên cứu
trong đề tài liên quan đến nồng độ bùn cát đến từ
sông Thu Bồn và đi ra vùng cửa sông. Để phục
vụ cho mục đích nghiên cứu q trình chuyển tải

hạt và sự thay đổi địa mạo vùng cửa Đại và bờ
biển Hội An, phương pháp sử dụng trong nghiên
cứu là sử dụng mơ hình tốn số, áp dụng đồng thời
lý thuyết các bài tốn thuỷ động lực với mơ hình
1

Khoa Kỹ thuật Xây Dựng - Trường Đại học Bách khoa,
Đại học Quốc gia TP.HCM
2
Trung tâm Châu Á nghiên cứu về nước CARE – Trường
Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia TP. HCM
3
Khoa Cơng trình - Trường Đại học Thủy lợi

118

Telemac2D (Hervouet Jean Michel, 2007),
(Meisser Loren P., 1995), bài tốn sóng với mơ
hình Tomawac và bài tốn biến hình lịng dẫn với
mơ hình Sisyphe.
2. CƠ SỞ LÝTHUYẾT
Telemac2D là một phần mềm thủy lực dùng để
mơ phỏng dịng chảy 2 chiều theo phương nằm
ngang (trung bình theo phương thẳng đứng) với hệ
phương trình Saint Venant như sau:
(1)
Z
u
u
u

1
u
v
 g s  Fx  divh e grad ( u )  (2)
t
x
y
x
h
Z s
v
v
v
1
(3)
u
v
 g
 Fy  divh e grad ( v)
t
x
y
y
h

Trong đó: h(m) – chiều sâu, u & v(m/s) – thành
phần vận tốc theo phương ngang x & y của vận

tốc U , q(m/s) – lưu lượng đơn vị của nguồn,
Zs(m) – cao độ mặt thống, Fx,y(m/s2) – các ngoại

lực (khơng kể trọng lực, ví dụ lực Coriolis,...) tác
dụng trên một đơn vị khối lượng chiếu theo
phương ngang x & y, e (m2/s)- hệ số khuếch tán.
Bài tốn số được lập trình có thể xử lý được
các dạng điều kiện biên như: Biên mực nước Z,

KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (12/2021)


biên lưu lượng Q, biên lưu lượng và mực nước
(Q&Z), biên vận tốc (u,v), biên vận tốc và mực
nước (u,v& Z) hoặc dạng biên sóng đến. Dưới tác
dụng của gió lên bề mặt đại dương sẽ gây nên hiện
tượng sóng. Hiện tượng vật lý được mơ tả bởi

phương trình biểu diễn sự biến đổi của mật độ phổ
sóng theo hướng bởi phương trình sau và được
giải bởi mơ hình tốn số tính sóng Tomawac phát
triển bởi Tập đồn điện lực Pháp:

(4)
Với

chỉ phổ của mật độ tác dụng của sóng
vectơ chỉ vị trí trong hệ toạ độ Cartesien
vectơ chỉ số sóng,  chỉ hướng sóng

Hiện tượng biến hình lịng dẫn của miền nghiên cứu liên quan đến hai hình thức vận chuyển bùn cát
là di đẩy bùn cát đáy và di chuyển dạng lơ lửng.
Bùn cát di chuyển lơ lửng 2 chiều theo phương nằm ngang được mô tả bởi phương trình sau:

hC   hUC    hVC   
C   
C 
(5)


  h s
ED
   h s
t
x
y
x 
x  y 
y 

 E  D  Zref  s  Ceq  Cref 
Với C = C(x,y,t) chỉ nồng độ bùn cát lơ lửng
trung bình theo phương thẳng đứng
Trong đó: h = Zs – Zf ≈ Zs – Zref, chiều sâu nước
(giả thiết chiều dày của lớp bùn cát đáy rất mỏng);
(U,V): vận tốc trung bình theo phương x, y; E: suất
xói lở; D: suất bồi tụ, (E – D): lượng trữ của trầm
tích lơ lửng; Ceq: nồng độ bùn cát ở trạng thái cân
bằng sát đáy; Cref : nồng độ bùn cát sát đáy.
3. MÔ PHỎNG CHẾ ĐỘ THỦY ĐỘNG LỰC
HỌC 2D VÙNG CỬA ĐẠI VÀ VEN BỜ HỘI AN
3.1 Miền tính

(6)

Miền tính bao gồm mạng lưới hạ lưu sông Thu
Bồn khu vực Cửa Đại Hội An, một phần ven biển
phía Bắc giáp bán đảo Sơn Trà, Đà Nẵng, với
chiều dài dọc bờ biển khoảng 55km, chiều rộng
trung bình kể từ bờ ra ngồi khơi khoảng 47km.
Diện tích miền tính khoảng 2373 km2 (12 km hệ
thống sông Vu Gia-Thu Bồn vùng hạ lưu và vùng
biển ven cửa sơng từ Cửa Đại). Miền tính được
mô tả bởi 39407 phần tử tam giác phi cấu trúc với
lưới lớn nhất có cạnh 4000m (ngồi biển), cạnh
nhỏ nhất cho vùng trong sơng Thu Bồn là 25m.

Hình 3.1. Lưới miền tính 2D

KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MƠI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (12/2021)

Hình 3.2. Vùng biển Cửa Đại

119


3.2. Điều kiện biên miền nghiên cứu
Thuỷ lực
Miền tính gồm 2 biên lưu lượng Q trên 2 nhánh
sơng chính ở thượng lưu cách Cửa Đại khoảng 12
km theo đường thẳng (NGUYEN Kim Đan et al.,
2017). Biên lỏng mực nước Z ngoài khơi, cách bờ
khoảng 47km. Do số liệu đo đạc cùng thời kỳ khơng
có nên sơ bộ tham khảo các trạm thuỷ văn Nông
Sơn, Thành Mỹ vùng thượng lưu và nội suy theo

diện tích lưu vực tương ứng. Nhánh sơng lớn (sau
cầu Câu Lâu) và nhánh nhỏ hơn (nhánh phía Nam,
cách cầu Cửa Đại 1.5 km về hướng thượng lưu) đổ
ra biển lần lượt được sử dụng 2 cấp lưu lượng trung
bình: giai đoạn nhiều nước (tháng 10 - 12) có Q1 =
700 m3/s và Q2 = 100 m3/s và giai đoạn ít nước
(tháng 3 - 7) có Q’1 = 250 m3/s và Q’2 = 50 m3/s.

Hình 3.3. Diễn biến chiều cao sóng

Bùn cát
Mơ phỏng vận chuyển bùn cát trong khu vực
theo mơ hình loại bùn cát hỗn hợp. Bùn cát trung
bình trong sơng sẽ thay đổi theo hai mùa chính,
mùa khơ từ tháng 4 đến tháng 9 và mùa mưa từ
tháng 10 đến tháng 3 năm tiếp theo.
3.3. Hiệu chỉnh mơ hình

Mực nước ngồi biển
Mực nước trên biên hở, ngồi khơi biển Đơng,
theo thủy triều cùng thời kỳ lấy với 9 sóng chính
(S2, N2, K2, M2, K1, O1, P1, Q1 và M4) từ cơ sở
dữ liệu của OTIS (NOAA) có độ phân giải 1/300.
Sóng
Số liệu sóng trên biên ngồi khơi lấy trong cùng
thời kỳ từ cơ sở dữ liệu của NOAA. chiều cao sóng
HM0 điển hình tại các vị trí khác nhau trong khoảng
thời gian từ 01/6/2016 đến 31/12/2016.
Gió
Xét ảnh hưởng của gió (biến đổi theo khơng

gian và thời gian) đến dịng chảy. Đồ thị hình 3.4
thể hiện biểu đồ gió trong năm 2018 tại vị trí Cửa
Đại. Theo đó, khu vực chịu ảnh hưởng của 2 mùa
gió chính là gió Tây Nam và gió Tây Bắc.

a)
b)
Hình 3.4. Biểu đồ hoa gió điển hình năm 2016
tại Cửa Đại lấy theo dữ liệu NOOA
(a) tháng 3/2016, (b) tháng 11/2016

Mơ hình được hiệu chỉnh theo số liệu quan trắc
tại một số vị trí như hình 3.5
Hiệu chỉnh thuỷ lực mơ hình
Mơ hình được hiệu chỉnh với số liệu tháng
10/2014 tại vị trí H1. Đồ thị và kết quả phân tích
điều hồ được trình bày trong bảng 3.1 và hình 3.6.
Kết quả so sánh giữa mô phỏng và số liệu quan
trắc bằng phương pháp phân tích điều hịa thì kết
quả mơ phỏng là khá phù hợp với số liệu quan trắc

Hình 3.5: Vị trí
quan trắc

và 4 sóng chính K1, O1, M2 và S2 cho kết quả
tương đối phù hợp nhau.

120

KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (12/2021)

Bảng 3.1. Tổng hợp phân tích điều hồ
Triều
*K1
*M2
*O1
*S2
*N2
*Q1
*NO1
*MO3
*J1
*MK3
*M4

Quan trắc
Biên độ (m)
0.1908
0.1838
0.1543
0.0747
0.0417
0.0298
0.0206
0.0117
0.0072
0.0057
0.0041

Mơ hình
Biên độ (m)
0.1844
0.1903
0.1491
0.0928
0.0458
0.0317
0.0162
0.0182
0.0149
0.0186
0.0159

Pha (độ)
71.2
264.6
34.6
335.2
311.1
95.4
141.3
202.7
206.7
231.4
117.1

Pha (độ)
78.1
252.4

50.5
334.1
313.7
113.5
201.0
305.1
208.1
312.8
157.6

Hình 3.6. Mực nước so sánh giữa mơ phỏng và thực đo
Hiệu chỉnh mơ hình tính sóng
Mơ hình được hiệu chỉnh với số liệu sóng quan trắc từ tháng 16/10/2014 đến 12/11/2014 như sau.

Hình 3.7. Chiều cao sóng HM0 tại vị trí S1
Một số nhận xét chính cho các kết quả hiệu
chỉnh mơ hình sóng như sau:
- Từ các đồ thị trên cho thấy một cách tổng
quát chuỗi thời gian của giá trị quan trắc là khá
trơn so với kết quả tính tốn. Điều này là hợp lý
trong thực tế với bước thời gian quan trắc số liệu

Hình 3.8. Chiều cao sóng HM0 tại vị trí S2
(1h) là lớn hơn nhiều so với bước thời gian tính
tốn trong mơ hình (10s).
- Sóng vào tháng 10/2014 khá lớn so với sóng
tháng 4/2014. Điều này hợp với xu thế tự nhiên
của khu vực.
Hiệu chỉnh mơ hình bùn cát

KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (12/2021)

121


Hình 3.9. Số liệu bùn cát từ 4/6/2016
đến 9/6/2016 - Vị trí C3
So sánh kết quả tính từ mơ phỏng thiên nhỏ
so với giá trị quan trắc. Sự sai biệt này có thể
đến từ các yếu tố tiềm năng: tài liệu địa chất
dùng trong mơ hình chưa sát thực tế, mơ hình
tốn số mơ phỏng bùn cát sử dụng là loại mơ
hình hỗn hợp chưa hồn tồn phù hợp, số liệu
bùn cát đo đạt có sai số do điều kiện lấy mẫu
vùng ven biển phức tạp vì có nhiều yếu tố rủi ro
ảnh hưởng đến kỹ thuật lấy mẫu,…. Kết quả mơ
phỏng bùn cát thiên nhỏ có khả năng làm giảm

Hình 4.1. Trường vận tốc mơ phỏng tức thời
lúc 20h, ngày 21/04/2018
Sóng
Khu vực nghiên cứu chịu ảnh hưởng của 2 mùa
gió chính trong năm, trong đó cường độ gió theo
hướng Tây Bắc chiếm ưu thế. Kết quả nghiên cứu

Hình 4.3. Chiều cao sóng HM0(m)
lúc 0h, ngày 1/11/2018
122

giá trị bồi, xói long dẫn tính được từ mơ phỏng.

4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng
bùn cát đến từ sơng Thu Bồn lên hiện tượng xói
bồi vùng cửa sông, dựa trên số liệu thu thập từ
NOAA về sóng, gió và khả năng tính tốn trung
tâm máy tính hiệu năng cao HPCC, mức độ phân
giải của lưới tính mơ hình tốn số, nghiên cứu đã
thực hiện mơ phỏng số trị trong thời gian 3 năm 5
tháng kể từ tháng 1/2016 đến tháng 5/2019. Sau
đây sẽ trình bày một số kết quả điển hình về thủy
lực, sóng và biến hình lịng dẫn.
Thủy động lực
Kết quả mơ phỏng cho thấy chế độ dòng chảy
trong khu vực chịu ảnh hưởng lớn của chế độ thủy
triều và dịng chảy đến từ sơng Thu Bồn. Dịng
chảy trung bình tương đối lớn trong hệ thống sông
và cửa sông so với vận tốc tại các vùng khác trong
miền nghiên cứu.

Hình 4.2. Trường vận tốc mơ phỏng tức thời
lúc 20h, ngày 20/11/2018
cho thấy sự ảnh hưởng của Cù Lao Chàm và bán
đảo Sơn Trà lên cường độ sóng gây ra do gió tại
vùng biển gần bờ tương đối rõ ràng.

Hình 4.4. Chiều cao sóng HM0 (m)
lúc 16h, ngày 12/04/2018

KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (12/2021)

Bùn cát
Với các điều kiện nêu trên, mô phỏng được
thực hiện tương ứng với 2 trường hợp với giả thiết
về nồng độ bùn cát trung bình về trên sơng Thu
Bồn là khác nhau.
Kịch bản 1: Nồng độ bùn cát trung bình mùa
khơ 60mg/l, mùa mưa 100 mg/l.
Kịch bản 2: Nồng độ bùn cát trung bình mùa
khơ 120mg/l, mùa mưa 200 mg/l

Kết quả mô phỏng cũng cho thấy một vùng cửa
biển ngồi khơi Cửa Đại hướng ra Cù lao Chàm
có hiện tượng bồi lắng tương đối nhiều hơn so với
các vị trí khác.
Để đánh giá định lượng sự thay đổi cao độ đáy
vùng cửa sơng, tính tốn cân bằng bùn cát vùng
ABCD (S=708000m2) cũng như xem xét sự thay đổi
cao độ đáy tại một số mặt cắt điển hình I-I và II-II đã
được thực hiện (Hình 4.6; hình 4.7; hình 4.8).

Hình 4.5. Trường di chuyển tức thời của bùn cát
lơ lửng vùng cửa sơng lúc 8h, ngày 3/11/2018

Hình 4.6. Vị trí tính tốn cân bằng bùn cát
và các mặt cắt điển hình xem xét

Hình 4.7. Thay đổi cao độ đáy tại mặt cắt I-I

Hình 4.8. Thay đổi cao độ đáy tại mặt cắt II-II

Kết quả từ hai đồ thị trên cho thấy sự bồi lắng
tập trung tại vị trí ngồi khơi cửa sông (mặt cắt II) và xảy ra chủ yếu vùng gần bờ (mặt cắt II-II).
Các đồ thị sau đây trình bày kết quả ảnh hưởng

của hai kịch bản nồng độ bùn cát về từ sông Thu
Bồn khác nhau. Kết quả cho thấy hiện tượng bồi
lắng gia tăng khi nồng độ bùn cát tăng.

Hình 4.9. Thay đổi cao độ đáy tại mặt cắt I-I
cho KB1 và KB2

Hình 4.10. Thay đổi cao độ đáy tại mặt cắt II-II
cho KB1 và KB2

KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (12/2021)

123


Cân bằng bùn cát được tính tốn cho khu vực
ABCD trong thời kỳ mơ phỏng 3 năm 5 tháng
được trình bày trong bảng 4.1. Kết quả cho thấy
xu thế chung khu vực xem xét ABCD là bồi trong
thời gian mô phỏng từ 1/2016 đến 5/2019. Hiện
tượng bồi lớn nhất xảy ra trong qúy 4 hằng năm
(mùa gió chủ đạo Đơng-Bắc). Xu thế bồi là điều
kiện cần có để có thể xuất hiện sự hình thành cồn
cát mới, đây là hiện tượng đã được quan sát tại vị
trí cửa sơng trong những năm gần đây.

Bảng 4.2. Bảng tổng hợp cân bằng bùn cát
tại khu vực ABCD cho 2 kịch bản mô phỏng
nồng độ bùn cát

Bảng 4.1. Bảng tổng hợp cân bằng
bùn cát khu vực ABCD

Kết quả tổng hợp trong bảng cho thấy hiện
tượng bồi lắng gia tăng khi hàm lượng bùn cát về
từ sông Thu Bồn gia tăng.
5. KẾT LUẬN
Từ các kết quả nêu trên có thể rút ra một số kết
luận chính về hiện tượng xuất hiện các đảo vùng
ngồi khơi Cửa Đại như sau:
- Nồng độ bùn cát về từ sông Thu Bồn là một
trong những yếu tố cấu tạo thành các đảo (cồn)
ngoài khơi Cửa Đại. Nồng độ bùn cát tỷ lệ thuận
với hiện tượng bồi lắng tại vị trí vùng cửa sơng.
- Hiện tượng bồi lắng chủ yếu xảy ra tại vị trí
ngay ngồi khơi cửa sơng và sẽ giảm nhanh khi xa
bờ và xa cửa sông.
- Hiện tượng bồi xảy ra nhiều nhất trong quý
IV (mùa mưa) hàng năm. Điều này liên quan chặt
chẽ đến tổng lượng bùn cát về từ thượng nguồn
sông, vốn sẽ lớn vào thời kỳ này cùng với sự gia
tăng lưu lượng dịng chảy trong sơng.
Lời cảm ơn:
- Nghiên cứu được tài trợ bởi Đại học Quốc gia
Thành phố Hồ Chí Minh (ĐHQG-HCM) trong

khuôn khổ Đề tài mã số C2021-20-43.
- Các mô phỏng đã được thực hiện trên hệ
thống máy tính hiệu năng cao (HPCC), trường Đại
học Bách Khoa Tp. HCM.

Tăng(m3)
2016

2017

2018

2019

T1-3

971

T4-6

115

T7-9

94

T10-12

31677

T1-3

1248

T4-6

1320

T7-9

15

T10-12

49056

T1-3

4482

T4-6

5087

T7-9

437

T10-12

62746

T1-3

19114

T4-5

21693

Giảm(m3)

2018

2019

T1-3
T4-6
T7-9
T10-12
T1-3
T4-5

Kịch bản 1
Tăng (m3)
4482
5087
437
62746
19114

21693

Kịch bản 2
Tăng (m3)
8402
10288
2291
125880
9523
13698

TÀI LIỆU THAM KHẢO
NGUYEN Kim Đan et al., 2017. “Nghiên cứu hiện tượng xói lở bờ biển Hội An và giải pháp
khắc phục”.
HERVOUET Jean Michel (2007). Hydrodynamics of Free Surface Flows modelling with the finite
element method. WILEY.
MEISSNER Loren P. (1995). Fortran 90. PWS Publishing Company.
NOAA. National Geophysical Center. />
124

KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (12/2021)


Abstract:
FACTORS AFFECTING THE FORMATION OF A NEW ISLAND IN FRONT
OF CUA-DAI RIVER MOUTH, THU-BON RIVER
The area of Cua-Dai estuary and the coastal areas of Hoi-An City have experienced complicated
erosion and sedimentation in recent years. Along the coast of Hoi-An, erosion often occurs, whereas in
the area of Cua-Dai River, there is an accretion phenomenon that obstructs the waterway navigation
from Cua-Dai to Cu-Lao-Cham. The occurrence of sand dunes in the offshore location of Cua-Dai has

been recorded a number of times in recent years. The purpose of the study is to find out one of the
potential causes that may be related to the formation of a new island in the estuary. Research results
show that the amount of sediment from upstream of the Thu-Bon river has a great influence on the
change of bathymetry of the estuary. The research results also show the trend of coastal sediment
movement in the south direction during the simulation period from January 2016 to May 2019 in the
study area. This study used the numerical model Telemac which combines the hydro-morphodynamic
and wave modules.
Keywords: Telemac2D, Tomawac, Sisyphe, Cua-Dai, Thu-Bon river, Khung-Long island.

Ngày nhận bài:

10/10/2021

Ngày chấp nhận đăng: 07/11/2021

KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (12/2021)

125